平成17年度電子情報通信学会信越支部大会 7C-3 2光波混合を用いる正弦波状波長走査干渉法による粗面形状計測矢後裕章★ 佐々木修己★★ 鈴木孝昌★★ *新潟大学大学院自然科学研究科 ★★新潟大学工学部 1.はじめに電子機器の小型化・高性能化に伴い、より前輪度で高密度な部品が必要となってくる。このような部品の形状測定にはレ-ザ干渉計を用いるが、部品の表面形状が粗面の場合、測定物体で反射された物体光は散乱光となり、通常のレ-ザ干渉計では測定が困難となる。本研究では、フォトリフラクティプ結晶を用いることで物体光と参照光の波面を一致させ、より干渉信号を得やすくする。また、この2光波混合で得られた光は伝播距離の情報を保持しているため、干渉計の光源に半導体レ-ザを用い、正弦波状の波長走査を行うことにより粗面物体の変位による光路差変化を検出できるD そして粗面形状の測定を高精度で行う0 2.原理および実験装置実験装置を図1に示す。図の点線で固まれた部分は外部共振器型の半導体レ-ザ(LD)であり、ミラー Mlを周波数fb=65Hzで振動させて波長走査を行うo LDのLトL、波長は670nmである。 LDからの平行光はビームスプリッタ(BS)で二分され、測定物体で反射された物体光はUl、ミラーM2で反射された参照光はU2となる。物体の像をレンズL2を用いてフォトリフラクティプ結晶(BaTiO3)内に倍率M,=!/3で結像するOその像をレンズL4を用いてCCDヒに倍率M,-3で結像する。図2に示すように、物体光と参照光の2つの光が干渉することにより結晶内に干渉縞ができ、これにより屈折率格子を形成する。この回折格子により、参照光の波面が物体光の波面に変換されて2つの波面が一致する。このことから容易に干渉信号S(t) =acos(Zccos叫t +ZbCOSCi)bt+cc)を得ることができる。 LDの発振波長入(I)は、波長走査振幅をbとすると入(t)-Xo+bcosa>btとなるO この波長走査によって干渉信号S(t)にZbcoso)btの項が生じるO ミラーM2を周波数f'-2080Hzで振動させると、 S(t)にZccosc叫の項が生じる。この干渉信号S(t)をCCDで検出する。 S(t)をコンピュータに取り込み、 Zccoscottをキャリアとしてフーリエ変換処理を行うとZbcoso)bt+αが得られ、 zbが求まる Zb-(2^b/X。-)Lであるため、 Zt,を測定することにより光路差しを求めることができるD Ul、 U:の伝搬距離をそれぞれLI、 L_,とすると、光路差しはL-L2-L,であるので、 Lを求めれば測定物体の表面形状が得られる。 3.&ifci&& アルミ箔を2枚屯ねて作った段差形状表面を測定物体とした。測定に用いたccDは648×494画素で、そのうち20×10画素を測定に用いた。粗面を測定したときのZbの時間安定度を図3に示す。測定の結果、振れ幅は約0.03radとなった。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 凶1実験装匙の偶成測定回数(回) 図3 Zbの時間安定度 -261- 平成17年度電子情報通信学会信越支部大会次に物体を図1のZの方向に変化させて測定したL とZbの関係を図J、 5に示す。これらの直線の式を求めるとzb-0.018Lとなる。 Iit線の式のyはZb、㌔は光路差ALを示している。ここから波長走ft幅2b を求めると2.57m11となった. ^、 B異なる2筒所で測定を行ったが、 O.OSradの誤差があった。この直線の傾きを用いて距離測定を行う。 6 石 _J_ 2 5 5 4 「「」 L- 嵩追 t^^^^^^Bt^^^^^^^E^^^^^^Kc 測定位醗y(jim) 図7 直線a上の段差形状2回臼・ A I・蝣1 蠎 0 つ 4 測定位置y((im) 図8 直線b上の段差形状 1 00 200 300 光路差仙11) 図4 Lとzbの関係A 段差形状を2次元表示したものが図9である。 Ax は垂直方向成分、 Ayは水平方向成分である。ここから求めた段差幅は65岬1となり、実際ノギスで測定した段差は約70￨imであった。 so 光路差仙m) 図5 Lとzbの関係B 以上の結果を踏まえて、粗tYiiの表面形状を測定した。 aの位置で水平方向に段差の測定を2回行った結果を図6、 7に示すo 誤差はO.OSradとなった。測定誤差は約軸mとなったO次にbの位置を水平方向に測定し、段差を測定した。それが図8である。 a と比べると誤差は0.8rad となった。測定誤差は約 8pmとなったO 250 こ書聖 200 図9 2次元段差形状の測定結果 LI.まとめフォトリフラクティプ結晶を用いた干渉計によって粗面物体の段差測定を行うことができた。CCDを使用して抱面物体の段差形状を測定し、形状を表示することができた。今後は、温度変化による変動を検討し時間安定度を向上させ、測定精度を上げる。図6 ft線a上の段差形状I回目 -2(2-